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摘 要:本文对配电网中采用的各种中性点接地方式进行了技术分析比较,提出了应结合实际电网结构和发展来选择合理中性点的接地方式。
关键词:10kV配电网 中性点 接地方式
中图分类号:TM862 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0059-01
10kV配电网中性点接地方式是一个涉及电力系统各个方面的综合性问题,它与供电可靠性、人身安全、设备安全、继电保护、绝缘水平,过电压保护、电磁兼容、经济性等问题有密切关系,对电力系统的设计与运行有着重大影响。10kV配电网安全可靠供电要求高,其供电电缆化程度不断提高,电容电流不断增大,这都需要我们对其中性点接地方式进一步进行分析探讨。10kV配电网的中性点接地方式存在多种形式,各有利弊,所以需要寻求适合电网特点的安全可靠、经济合理的中性点接地方式。
1 三种不同接地方式
10kV配电系统中,中性点的接地方式基本上有三种:中性点绝缘接地方式、中性点经小电阻接地方式和中性点经消弧线圈接地方式。这三种接地方式各有优缺点,特别对于小电阻接地和消弧线圈接地方式孰优孰劣问题,一直存在不同的观点。
1.1 中性点不接地
中性点不接地方式是10kV配电网采用得比较多的一种方式。中性点不接地系统发生单相接地故障时,一般认为其接地电流很小,若是瞬时故障,一般能自动熄弧,非故障相电压升高不大,不会破坏系统的对称性,故可带故障继续供电2h,从而获得排除故障时间,相对地提高了供电的可靠性。但是在发生弧光接地时,电弧的反复熄灭与重燃,由于对地电容中的能量不能释放,造成电压升高,从而产生弧光接地过电压或谐振过电压,其值可达很高的倍数,对设备绝缘造成威胁。特别是新建110kV变电站一般采用10kV电缆出线,至变电站外再登杆的形式,出线数较多、线路较长时,单相接地电容电流已比较大,若仍采用本期中性点不接地,对安全运行存在一定隐患。
1.2 中性点经小电阻接地
中性点经小电阻接地方式,即在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻,该方式可认为是介于中性点不接地和中性点直接接地之间的一种接地方式,世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式。采用此种方式,用以泄放线路上的过剩电荷,来限制弧光接地过电压。中性点经小电阻接地方式中,一般选择电阻的值较小(工程上一般选取10～20Ω)。在系统单相接地时,控制流过接地点的电流在10～500A之间,通过流过接地点的电流来启动零序保护动作,因此可快速切除线路单相故障。中性点经小电阻接地的特点有:(1)中性点经小电阻接地系统可以配置零序过流或限流速断保护。当系统发生单相接地故障时,故障线路的零序保护可在(0.5～2.0)sec切除故障。根据电网的运行经验,零序保护动作准确率在95%以上,可及时切除故障线路。(2)由于电阻是耗能元件同时也是阻尼元件,相当于在谐振回路中串接一个阻尼电阻,由于电阻的阻尼作用,可以限制谐振过电压的形成。试验表明,当接地电阻值R≤1500Ω,基本上可以消除系统内的各种谐振过电压。(3)在中性点不接地和经消弧线圈接地的系统中,健全相的过电压水平可超过3倍相电压,对设备的的绝缘水平造成一定的危害。在小电阻接地系统中,当接地电弧第一次自动熄灭后,系统的对地电容的残余电荷将通过小电阻及时泄放,因此过电压幅值不高,不会产生很高的过电压,健全相的过电压低于3倍相电压,因此一般不会危及设备的绝缘。(4)有利于降低操作过电压,中性点经小电阻接地的配电网发生单相故障时,零序保护动作,可准确并迅速地切除线路的故障。如果发生单相接地故障的线路是架空线路,由于架空线路发生单相接地故障较多,在故障跳闸后,线路还将重合一次,根据运行经验和实测表明,无论重合闸是否成功,线路重合过程中不会引起明显的操作过电压。(5)采用中性点经小电阻接地,当系统发生单相故障时,无论故障是永久性还是非永久性的,故障线路均跳闸,因此线路跳闸次数较多;当架空绝缘导线断线,裸导线断线接触的是沙砾、沥青、混凝土等干燥地面时,由于接地电流小,零序保护由于灵敏度原因可能不動作,会导致一定程度的安全事故。
1.3 中性点经消弧线圈接地
消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈,当电网发生单相接地故障时,其作用是提供一个感性电流,用来补偿单相接地的容性电流。采用中性点经消弧线圈接地方式,在系统发生单相接地时,利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿,使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围,因接地电流电容电流得到补偿,单相接地故障并不发展为相间故障,按规程规定系统可带单相接地故障运行2h。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性,高于中性点经小电阻接地方式。中性点经消弧线圈接地的特点有以下几点。
(1)故障点接地电弧可自行熄灭,提高了供电可靠性。由于消弧线圈的感性电流对故障容性电流的补偿,使单相故障接地容性电流在10A以下,因此接地电弧可以自行熄灭并避免重燃。(2)可降低了接地工频电流(即残流)和地电位升高,减少了对低压设备的反击以及对信息系统的干扰。(3)传统的消弧线圈需要人工进行调谐,不仅会使电网短时失去补偿,而且不能有效地控制单相接地的故障电流。自动跟踪补偿消弧线圈装置则能够随电网运行方式的变化,及时、快速地调节消弧线圈的电感值,当系统发生单相接地时,消弧线圈的电感电流能有效地补偿接地点的电容电流,避免了间歇性弧光接地过电压的产生。
2 中性点接地方式的优化选择
配电网中性点接地方式是一个涉及到电力系统许多方面的综合性的技术问题,在选择中性点接地方式时,必须考虑电气设备和线路的绝缘水平,继电保护的灵敏性和选择性,供电的可靠性,以及对通信系统的干扰。综合以上分析,在配电网建设中涉及中性点接地方式的选择,可以按如下原则:中性点不接地方式对于10kV配电网具有运行维护简单、经济,单相接地时允许带故障运行2h,供电连续性好,接地电流仅为线路及设备的电容电流等优点,但该方式对于电网电容电流及负荷水平有严格限制,超过一定数值将引起电弧接地过电压,因此使用范围有限。中性点经小电阻接地能快速切除故障,过电压水平低,不易发展谐振过电压,可采用绝缘水平较低的电缆和设备。可采用金属氧化物避雷器减少绝缘老化,提高电网及设备可靠性,减低火灾事故概率。但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压和电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求、本地的运行经验等。对于电缆和架空线路混合的配电线路,接地故障发生在架空线路部分则非永久性故障的可能性较大,发生在电缆部分则大多为永久性故障,这种网络的电容电流较大,应采用中性点经消弧线圈接地方式,补偿后单相接地故障的电流应小于10A。并应优先采用自动跟踪补偿消弧线圈,对于非连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈,其脱谐度应小于5%,对于连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈,其脱谐度应小于2%。
3 结语
10kV配电网中性点接地方式是一个涉及到可靠供电、人身和设备安全、通讯干扰和过电压等方面的问题,配电网中性点接地方式的选择是具有综合性的技术问题。应结合当地配电网的发展水平、电网结构特点,因地制宜地选择配电网中性点接地方式。
关键词:10kV配电网 中性点 接地方式
中图分类号:TM862 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0059-01
10kV配电网中性点接地方式是一个涉及电力系统各个方面的综合性问题,它与供电可靠性、人身安全、设备安全、继电保护、绝缘水平,过电压保护、电磁兼容、经济性等问题有密切关系,对电力系统的设计与运行有着重大影响。10kV配电网安全可靠供电要求高,其供电电缆化程度不断提高,电容电流不断增大,这都需要我们对其中性点接地方式进一步进行分析探讨。10kV配电网的中性点接地方式存在多种形式,各有利弊,所以需要寻求适合电网特点的安全可靠、经济合理的中性点接地方式。
1 三种不同接地方式
10kV配电系统中,中性点的接地方式基本上有三种:中性点绝缘接地方式、中性点经小电阻接地方式和中性点经消弧线圈接地方式。这三种接地方式各有优缺点,特别对于小电阻接地和消弧线圈接地方式孰优孰劣问题,一直存在不同的观点。
1.1 中性点不接地
中性点不接地方式是10kV配电网采用得比较多的一种方式。中性点不接地系统发生单相接地故障时,一般认为其接地电流很小,若是瞬时故障,一般能自动熄弧,非故障相电压升高不大,不会破坏系统的对称性,故可带故障继续供电2h,从而获得排除故障时间,相对地提高了供电的可靠性。但是在发生弧光接地时,电弧的反复熄灭与重燃,由于对地电容中的能量不能释放,造成电压升高,从而产生弧光接地过电压或谐振过电压,其值可达很高的倍数,对设备绝缘造成威胁。特别是新建110kV变电站一般采用10kV电缆出线,至变电站外再登杆的形式,出线数较多、线路较长时,单相接地电容电流已比较大,若仍采用本期中性点不接地,对安全运行存在一定隐患。
1.2 中性点经小电阻接地
中性点经小电阻接地方式,即在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻,该方式可认为是介于中性点不接地和中性点直接接地之间的一种接地方式,世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式。采用此种方式,用以泄放线路上的过剩电荷,来限制弧光接地过电压。中性点经小电阻接地方式中,一般选择电阻的值较小(工程上一般选取10～20Ω)。在系统单相接地时,控制流过接地点的电流在10～500A之间,通过流过接地点的电流来启动零序保护动作,因此可快速切除线路单相故障。中性点经小电阻接地的特点有:(1)中性点经小电阻接地系统可以配置零序过流或限流速断保护。当系统发生单相接地故障时,故障线路的零序保护可在(0.5～2.0)sec切除故障。根据电网的运行经验,零序保护动作准确率在95%以上,可及时切除故障线路。(2)由于电阻是耗能元件同时也是阻尼元件,相当于在谐振回路中串接一个阻尼电阻,由于电阻的阻尼作用,可以限制谐振过电压的形成。试验表明,当接地电阻值R≤1500Ω,基本上可以消除系统内的各种谐振过电压。(3)在中性点不接地和经消弧线圈接地的系统中,健全相的过电压水平可超过3倍相电压,对设备的的绝缘水平造成一定的危害。在小电阻接地系统中,当接地电弧第一次自动熄灭后,系统的对地电容的残余电荷将通过小电阻及时泄放,因此过电压幅值不高,不会产生很高的过电压,健全相的过电压低于3倍相电压,因此一般不会危及设备的绝缘。(4)有利于降低操作过电压,中性点经小电阻接地的配电网发生单相故障时,零序保护动作,可准确并迅速地切除线路的故障。如果发生单相接地故障的线路是架空线路,由于架空线路发生单相接地故障较多,在故障跳闸后,线路还将重合一次,根据运行经验和实测表明,无论重合闸是否成功,线路重合过程中不会引起明显的操作过电压。(5)采用中性点经小电阻接地,当系统发生单相故障时,无论故障是永久性还是非永久性的,故障线路均跳闸,因此线路跳闸次数较多;当架空绝缘导线断线,裸导线断线接触的是沙砾、沥青、混凝土等干燥地面时,由于接地电流小,零序保护由于灵敏度原因可能不動作,会导致一定程度的安全事故。
1.3 中性点经消弧线圈接地
消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈,当电网发生单相接地故障时,其作用是提供一个感性电流,用来补偿单相接地的容性电流。采用中性点经消弧线圈接地方式,在系统发生单相接地时,利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿,使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围,因接地电流电容电流得到补偿,单相接地故障并不发展为相间故障,按规程规定系统可带单相接地故障运行2h。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性,高于中性点经小电阻接地方式。中性点经消弧线圈接地的特点有以下几点。
(1)故障点接地电弧可自行熄灭,提高了供电可靠性。由于消弧线圈的感性电流对故障容性电流的补偿,使单相故障接地容性电流在10A以下,因此接地电弧可以自行熄灭并避免重燃。(2)可降低了接地工频电流(即残流)和地电位升高,减少了对低压设备的反击以及对信息系统的干扰。(3)传统的消弧线圈需要人工进行调谐,不仅会使电网短时失去补偿,而且不能有效地控制单相接地的故障电流。自动跟踪补偿消弧线圈装置则能够随电网运行方式的变化,及时、快速地调节消弧线圈的电感值,当系统发生单相接地时,消弧线圈的电感电流能有效地补偿接地点的电容电流,避免了间歇性弧光接地过电压的产生。
2 中性点接地方式的优化选择
配电网中性点接地方式是一个涉及到电力系统许多方面的综合性的技术问题,在选择中性点接地方式时,必须考虑电气设备和线路的绝缘水平,继电保护的灵敏性和选择性,供电的可靠性,以及对通信系统的干扰。综合以上分析,在配电网建设中涉及中性点接地方式的选择,可以按如下原则:中性点不接地方式对于10kV配电网具有运行维护简单、经济,单相接地时允许带故障运行2h,供电连续性好,接地电流仅为线路及设备的电容电流等优点,但该方式对于电网电容电流及负荷水平有严格限制,超过一定数值将引起电弧接地过电压,因此使用范围有限。中性点经小电阻接地能快速切除故障,过电压水平低,不易发展谐振过电压,可采用绝缘水平较低的电缆和设备。可采用金属氧化物避雷器减少绝缘老化,提高电网及设备可靠性,减低火灾事故概率。但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压和电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求、本地的运行经验等。对于电缆和架空线路混合的配电线路,接地故障发生在架空线路部分则非永久性故障的可能性较大,发生在电缆部分则大多为永久性故障,这种网络的电容电流较大,应采用中性点经消弧线圈接地方式,补偿后单相接地故障的电流应小于10A。并应优先采用自动跟踪补偿消弧线圈,对于非连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈,其脱谐度应小于5%,对于连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈,其脱谐度应小于2%。
3 结语
10kV配电网中性点接地方式是一个涉及到可靠供电、人身和设备安全、通讯干扰和过电压等方面的问题,配电网中性点接地方式的选择是具有综合性的技术问题。应结合当地配电网的发展水平、电网结构特点,因地制宜地选择配电网中性点接地方式。